面向无人化仓储的多机器人调度与优化研究

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随着现代工业体系的飞速发展,传统的仓储系统已经逐渐不能满足现在的需求。为了提升仓储系统的运行效率,并且降低人工成本,无人化仓储系统成为了当下的研究热点。要实现传统仓储系统向无人化仓储系统的转型,面向无人化仓储的多机器人调度问题是当前主要需要解决的问题,其中应用于仓储系统的机器人主要为自动导航小车(Automated Guided Vehicle,AGV),是一种灵活小巧用于物料运输的轮式机器人。本文所研究的多机器人调度系统是在二维码AGV的基础上展开研究的,主要研究内容如下:首先,确定面向无人化仓储的多机器人调度系统的总体方案。本文先对系统进行结构设计和功能设计;接下来在分析了几种主要的二维地图建模方式后,提出了结合栅格法和拓扑法的仓库地图建模方式;再在地图建模方式结合几种AGV主流导航方式进行分析的基础上,AGV采取二维码导航和惯性导航组合导航的方式。其次,根据多机器人调度系统的总体方案,在分析对比了几种路径规划技术后,研究了综合优先级规划法和交通管制法的改进路径规划方式。并且通过仿真实验结果表明,相对于单独使用优先级规划法或者交通管制法,改进的路径规划方式的规划结果更加合理。再次,通过建立调度模型,提出优化后的改进遗传算法作为调度算法。本文引进了对AGV电量的考虑,通过对目标函数进行所有AGV总能耗最小和单个AGV最大能耗最小的双重约束,以找到更优的调度方案;再通过改变遗传算法中变异操作的遗传算子,加快了算法的收敛速度和提升了收敛性;最后还在遗传算法的后面加上一个电量判断操作,用以对算法调度结果所分配到的AGV的剩余电量和完成任务所需电量进行判断,保证AGV能有充足的电量完成任务。将改进的路径规划方式和优化的调度算法结合使用进行仿真实验,实验结果表明本文所研究的调度算法具有更优的性能。最后,以前面对多机器人调度的仓库模型和调度算法的研究为基础,开发设计了相关软件和硬件系统,实现面向无人化仓储的多机器人调度系统。本文以Web技术为基础设计了上层系统的软件框架,服务端和用户前端界面通过采用Web Socket协议实现双向通信。而服务器与AGV的通信通过套接字(Socket)实现,并且设计了相关通信协议和指令规则,最终实验证明多机器人调度系统得以实现。
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